PLC 补偿装置在燃料操作系统的应用

苟 海，靳瀚博

（中核核电运行管理有限公司，浙江嘉兴 314300）

1 轴编码器功能介绍

1.1 轴编码器结构

轴编码器采用AECL 提供的由Blenkhorn&Sawle 公司生产的多位信号轴编码器。该轴编器是把角位移转换成数字信号的一种装置，分辨率达到256 counts/r，有效量程32 圈，可提供量程范围0～8192 counts，对应八进制的0～17 777，可以无限循环。由电刷和旋转电极的断开和接通，输出0 或1 的开关量信号。轴编码器内部由20 个电刷和2 个圆柱形电极组成，1 个电极与输入轴连接，直接反映输入轴的角位移信号，称为高速电极；另一个电极通过1∶32 的齿轮减速后跟随输入轴旋转，称为低速电极。

1.2 轴编码器在燃料操作系统中的应用

目前，秦山重水堆燃料操作系统的轴编码器按监测种类有9 类，包括新燃料推杆位置监测，新燃料料仓位置监测，乏燃料升降斗位置监测，乏燃料小车位置监测，桥架Y 向位置监测，装卸料机滑车X，Y，Z 向位置监测，悬链小车位置监测。按照不同的连接方式，轴编码器监测方式有轴位移监测和角位移监测两类，且每count（位）的大小也不相同。

2 轴编码器补偿装置介绍

PLC 补偿装置最初设计思路是用于滑车X 向轴编码器的读数补偿。主要功能是加减轴编码器读数，然后将读数反馈给计算机，达到补偿计算机设定点的要求。除此之外，装置还设计了以下一些特殊工况时的功能。

（1）CW/CCW。这个旋钮用来选择是增方式还是减方式计数。该功能是为诊断轴编码器情况而设置，CW+CCW=17 777。通常情况下无需使用。

（2）正常/应急。这个旋钮用来选择工作模式。正常情况下可从轴编码器读取数值，然后通过内部修正进行输出。在应急情况下，输出为计数模式，最初输出值将被置于X 位值，然后通过Bit0 位的变化来逐次累加。

（3）报警解除/开启。这个旋钮用于开启和关闭报警功能。当开启报警功能时，达到报警条件，系统将报警。当关闭报警功能时，即使达到报警条件也不会触发报警功能。但此开关无法消除当前已经存在的报警。为不影响正常使用，平时将报警关闭。

3 桥架轴编码器失效分析及处理

在燃料操作系统中桥架区域属于不可达区域，在一个大修周期内，人员不能到达。因此桥架区域的设备一般都有冗余，确保一个信号失去后，桥架仍可正常动作。桥架轴编码器在两端各有1 个，轴编码器的同步性用于判断桥架是否出现倾斜，以及精准检测桥架位置。因此，桥架轴编码器失效分析应该包括1 个轴编码器失效和2 个轴编码器失效情况。2 个轴编码器如果均发生失效，必须停堆处理。本文主要介绍1 个轴编码器失效后的处理方法。1 个轴编码器失效模式包括读数漂移、读数缺位和乱码。

3.1 轴编码器读数漂移

轴编码器读数漂移指在运行一段时间后，由于桥架运行轨道打滑或轴编码器安装不牢靠及其他情况，致使轴编码器读数发生漂移，轴编码器本身功能正常。例如，桥架在完全下降位置为100，但是其中1 个轴编码器为102，此时桥架会出现倾斜报警。由于2 个轴编码器读数相差2 counts，默认桥架倾斜。此时，可以利用PLC 补偿装置，将102 补偿到100 后输入计算机，从而解决问题，界面如图1 所示。

图1 PLC 装置补偿界面

3.2 轴编码器读数缺位

轴编码器读数缺位指轴编码器本身功能出现异常，某一位或多位出现故障（非Select）。此状况下，轴编码器的读数方向不会发生变化，即增大一直是增大，减小一直是减小，只是其中某些数值将不显示。

轴编码器插针与显示模块关联位Bit0～Bit2 对应个位A，Bit3～Bit5 对应十位B，Bit6～Bit8 对应百位C，Bit9～Bit11 对应千位D，Bit12 对应万位E。以个位A 为例，某一位电极或多位缺失后，状态见表1。

表1 轴编码器缺位状态

如果是高速极（Bit7～Bit12）出现故障，故障现象会有所不同，因为高速区的电极均由3 路信号确定，例如，BIT7=BIT7LAG* +BIT7LEAD*S（设S 为SELECT 的值）。因此分析高速区电极故障比较复杂，本文暂不叙述。

（1）利用PLC 补偿装置判断故障现象。将轴编码器回路接入PLC 装置，利用CW+CCW=17 777 原理，判断是否轴编码器故障。如果CW+CCW≠17 777，则轴编码器故障。

（2）利用PLC 补偿装置解决故障。利用PLC 的计数功能，采取累加/累减的方式弥补缺位。同时在应急状态下将触发另一个界面——计数统计界面。可以通过方向箭头上下来切换，计数输出界面和计数统计界面。

Bit0 每次改变状态时，十进制变化了2 个数；Bit1 每次改变状态时，十进制变化了4 个数；Bit2 每次改变状态时，十进制变化了8 个数；以此类推，Bitx 每次改变状态时，十进制变化了2x+1 个数。每一位Bit 循环周期均为2x 个0，2x+1 个1，2x 个0。

3.3 轴编码器读数乱码

轴编码器读数乱码指电机在一个方向驱动时，轴编码器的读数时大时小，没有规律可循。通过经验判断，这种状况多为Select 位缺失。此位缺失，直接影响Bit7～Bit12。假如Select=0，则Bit7=Bit7Lag；Bit8=Bit8Lead；Bit9=Bit9Lead；Bit10=Bit10Lead；Bit11=Bit11Lead；Bit12=Bit12Lead。

这种情况下，只能从另一个互补的轴编码器引入Select 输出位。当轴编码器分别正转和反转时，Select 的电平图刚好相反，也就是当CW 为1 时，CCW 为0。因此，如果需要引入另一个轴编码器的Select 位到PLC，需要取反后再输出，可以解决此问题。

4 总结

介绍利用PLC 补偿装置的补偿、计数和故障判断功能，分析桥架轴编码器、滑车轴编码器和乏燃料升降斗轴编码器故障应急的方法及可行性，指导以后工作中的实际问题。本文讲述的轴编码器在燃料操作系统中具有较强代表性，PLC 补偿装置的功能适用于本系统的所有轴编码器，故不再逐一论述。